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基于Aduc845 單片機數(shù)據采集最小系統(tǒng)的設計

電子愛好者博客

　　摘要：隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)據采集系統(tǒng)在多個領域有著廣泛的應用。本設計采用兩個Aduc845 單片機和其它芯片構成數(shù)據采集系統(tǒng)，下位機通過負責模擬數(shù)據的采集，并應答主機發(fā)送的命令，從機負責采集四路數(shù)據，上位機負責處理接受過來的數(shù)字量并對其進行儲存及實時顯示。同時，上位機可通過串行口與PC 機進行通信，可對存儲的數(shù)據進一步處理。該系統(tǒng)即繼承了傳統(tǒng)系統(tǒng)的優(yōu)點也可實現(xiàn)數(shù)據的查詢與處理。

　　0 引言

　　在工業(yè)、農業(yè)、建筑、冶金等行業(yè)中由于某些場所物理環(huán)境比較惡劣，不方便人工采集數(shù)據，但實際生產又需要實時采集處理數(shù)據以支持后面的生產，因此如何實現(xiàn)方便快捷的采集數(shù)據和準確高效的處理數(shù)據就成為我們研究的重點，因此本文提出了基于Aduc845 單片機的數(shù)據采集系統(tǒng)的設計。

　　1 總體設計

　　Aduc845 單片數(shù)據采集最小系統(tǒng)是采集溫度、濕度、光照強度、CO2濃度的采集系統(tǒng)。圖中傳感器電路用來采集四路數(shù)據；單片機Ⅰ用來處理和轉換傳感器電路的信號和應答主機發(fā)送的命令；單片機Ⅱ用來發(fā)送采集命令和處理接受的數(shù)字量， 同時與LCD 顯示電路和存儲器相連對各個量進行實時顯示、儲存并通過通信芯片和PC 機進行通信。

　　2 電路設計

　　2.1 傳感器電路設計

　　傳感器電路采用TSL2561、DHT11 和基于LM393 的CO2檢測傳感器三個數(shù)字傳感器分別采集光照強度、溫度和濕度、CO2濃度四路數(shù)據。此三個傳感器均為數(shù)字輸出不需要D/A 轉換即可與從機相互應答，其靈敏度高，抗干擾能力強，具有快速響應的特性并且低功耗、噪音低的特點。因此，本設計采用此三種傳感器作為傳感器電路。電路圖如圖2:

　　2.2 主機與從機通信電路設計

　　Aduc845 具有三種串行輸入/輸出接口：通用串行異步接口、串行外設接口（SPI）和I2C 串行接口。

　　SPI 允許8 位數(shù)據同時同步的發(fā)送和接收，但SPI 引腳和P2 引腳復用，所以只有SPE 引腳被置位時，復用的引腳才有SPI 功能，否則，隨著SPI 被清零，這些引腳將保持標準的P2 功能。

　　Aduc845 也支持完全的I2C 串行接口， 此接口可配置為軟件主操作和硬件從操作模式。I2C 接口可同時用作SPI 接口，它可供用戶使用且其不與芯片上使用其它I/O 口復用， 這就意味著ADuC845 芯片上的I2C 接口和SPI 接口可同時使用。當使用I2C 接口時，由于他們都使用同一中斷程序，在有中斷產生時，必須查詢接口以確定是哪一個接口觸發(fā)職斷服務程序請求。

　　由于只有一個從機，且P2 引腳用于顯示電路中，所以為了避免引腳復用，我們采用I2C 接口實現(xiàn)主從機的通信，電路圖如圖3:

　　2.3 顯示電路設計

　　在單片機應用系統(tǒng)中， 通常用LED 顯示器和LCD 顯示器作為顯示電路。LED 顯示器雖然顯示清晰、亮度高、適用電壓低、壽命長，但是其顯示信息簡單。LCD 顯示器體積小，重量輕、功耗低、顯示內容豐富。

　　由于本設計顯示信息量較大，所以采用RT-1602C 字符型LCD 液晶顯示器作為顯示電路，電路圖如圖4:

　　2.4 鍵盤輸入設計

　　非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。

　　2.4.1 獨立按鍵接口

　　在單片機中，如果所需的按鍵較少，可采用獨立式鍵盤。每只按鍵接單片機的一條I/O 線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖5 所示。6 只按鍵分別在單片機的P1.0~P1.3I/O 線上。無按鍵按下時，P1.0~P1.3 線上均輸入高電平。當某按鍵按下時，與其相連的I/O 線將得到低電平輸入。

　　2.4.2 矩陣式按鍵接口

　　在單片機中需要的按鍵較多時，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20 只按鍵接口，如采用按鍵獨立方式，需要20 個I/O 口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要9 個I/O 口。如圖6 所示。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應的鍵值，再轉到相應的鍵處理程序幾個部分組成。

　　在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有6 個，所以采取獨立按鍵接口方式。

　　2.5 存儲電路設計

　　ADuC845 包含一個64K 字節(jié)閃速/電擦除程序存儲器， 其中低62K 字節(jié)供用戶使用，可用作程序存儲器或附加NV 數(shù)據存儲器。由于程序存儲器與數(shù)據存儲器共有64K 其容量顯然對于存儲數(shù)據太小，所以我們用兩個6264 存儲芯片進行了數(shù)據存儲擴展開擴大數(shù)據存儲空間，設計電路如下：

　　2.6 與PC 機的通信設計

　　一般的通信方式有并行通信和串行通信兩種。并行通信雖然通信速度快，但是其傳輸信號線多，傳輸距離較遠時線路復雜，成本高；串行通信又分為串行異步通信和串行同步通信兩種，同步方式傳送的位數(shù)多，對發(fā)送時鐘要求較高，控制線路復雜，但傳送速度較快；異步傳送的位數(shù)較少，對發(fā)送時鐘線路和接收時鐘的要求相對不高，線路簡單，但傳送速度較慢。與我們的設計要求相比，我們選擇線路較簡單，對時鐘要求不高的串行異步傳送方式與PC 機進行通信。電路圖如下：

　　3 軟件設計

　　整個系統(tǒng)通過單片機控制按鍵來決定所要的動作，以期獲得所需的主要參數(shù)，系統(tǒng)流程如圖9 所示：

　　4 總結

　　該設計最終實現(xiàn)了對溫度、濕度、光照強度和CO2濃度的四路數(shù)據采集。該系統(tǒng)采用主從應答式對四路數(shù)據進行實時采集、顯示和存儲，并通過串行口與PC 機進行通信，通過PC 機對數(shù)據進行進一步分析處理。該系統(tǒng)分辨率高，噪音低，克服了傳統(tǒng)數(shù)據采集系統(tǒng)的不足。